avaliação e desenvolvimento experimental para testes de...

Eduardo Paniguel Oliveira/ Rafael Brito de Moura/ Diego de Souza Sardinha/ Paulo Henrique Bretanha Junker Menezes/ Alexandre Silveira/ Rafael de Oliveira Tiezzi*

Avaliação e desenvolvimento experimental para testes de barreiras flutuantes visando à contenção de sólidos suspensosEvaluation and experimental development for testing turbidity curtains aiming for suspended solids containment

DOI: 10.4322/dae.2018.030

Data de entrada: 03/04/2017

Data de aprovação: 03/04/2017

Eduardo Paniguel Oliveira – Engenheiro Ambiental pela Universidade Federal de Alfenas (Unifal). Mestrando em Ciência e Engenharia Ambiental na Unifal. Rafael Brito de Moura – Engenheiro Ambiental, MSc e PhD em Ciências da Engenharia (Hidráulica e Saneamento). Professor do Instituto de Ciência e Tecnologia da Unifal. Diego de Souza Sardinha – Engenheiro Ambiental, MSc e PhD em Geologia Regional. Professor do Curso de Engenharia Ambiental do Instituto de Ciência e Tecnologia da Unifal.Paulo Henrique Bretanha Junker Menezes – Engenheiro Ambiental, MSc e PhD em Geociências Aplicadas (Geoprocessamento e Análise Ambiental) pelo Instituto de Geociências da Universidade de Brasília. Professor do Instituto de Ciência e Tecnologia da Unifal.Alexandre Silveira – Engenheiro Civil pela Universidade Estadual Paulista (Unesp), Mestre e Doutor em Hidráulica e Saneamento pela Universidade de São Paulo (USP). Professor do Curso de Engenharia Ambiental do Instituto de Ciência e Tecnologia da Unifal.Rafael de Oliveira Tiezzi – Engenheiro Ambiental, MSc em Planejamento Energético e PhD em Recursos Hídricos, Energéticos e Ambientais. Professor do Instituto de Ciência e Tecnologia da Unifal.*Endereço para correspondência: Rodovia José Aurélio Vilela, 11999 (BR 267 Km 533) - Cidade Universitária - Poços de Caldas - MG. CEP: 37715-400. Telefone: (35) 3697-4761. E-mail: [email protected].

ResumoCortinas ou barreiras de redução de turbidez foram idealizadas para conter plumas de sólidos suspen-

sos em corpos d’água. A captação de água com elevada turbidez causa o aumento de custos com produ-

tos químicos e na gestão do lodo em estações de tratamento de água (ETA). Com a finalidade de reduzir

a turbidez no manancial, o presente estudo avaliou o desempenho de 7 diferentes barreiras flutuantes

utilizando geotêxteis com gramaturas de 130 a 600 g/m2. A metodologia criada utilizou um canal de

acrílico com duas barreiras em sequência, vazão de 2,4 L/min e concentração de sólidos de 1g/L. Os re-

sultados apresentaram reduções média de turbidez entre 10 a 71%, retenção de massa de 1,3 a 22%,

a perda de carga final em cada barreira variando entre 0,0 e 2,5 centímetros e o Jar-test apresentou va-

lores de 15mg/L de coagulante para a amostra coletada após a barreira e 25mg/L para a água bruta.

Palavras-chave: Cortinas de turbidez. Turbidez. Geotêxtil.

AbstractFloating turbidity curtains or barriers were idealized to contain turbidity plumes in water bodies. The presence of high

turbidity in the raw water increases the cost of chemical products in water treatment plants (WTP) and increases the

generation of sludge. With the purpose to reduce the turbidity in the source, this study evaluated the use of 7 different

floating barriers using geotextile with weight from 130 to 600 g/m2. The created method used an acrylic channel with

two barriers in sequence, flow of 2,4L/min and solids concentration of 1g/L. The results obtained are average turbidity

reduction from 10 to 71%, mass retention of 1,3 to 22%, head loss between 0,0 and 2,5 centimeters and the Jar-Test

resulted in the use of 15mg/L of coagulant for the sample collected after the barriers and 25mg/L for the raw water.

Keywords: Floating turbidity barrier. Turbidity. Geotextile.

A Revista DAE está l icenciada sob a Licença Atribuição- NãoComercial 4.0 Internacional Creative Commons.

36

artigos técnicos

Revista DAE | núm. 213 | vol. 66 | outubro a dezembro de 2018

1 INTRODUÇÃOA qualidade da água está intrinsicamente ligada à

qualidade de vida e à saúde das pessoas que po-

dem usufruir desse benefício. Um dos fatores de

maior influência na geração de lodo em uma Es-

tação de Tratamento de Água (ETA) são os sólidos

em suspensão presentes na água captada (CA-

BRAL et al., 2016). O solo desprendido pela ação

da água de chuvas em ambientes naturalmente

descampados ou degradados acaba sendo car-

reado aos mananciais superficiais, elevando-se a

concentração de sólidos em suspensão e por con-

sequência a turbidez, um dos resultados mais visí-

veis da erosão (LEPSCH, 2011).

O controle dos efeitos adversos causados pela

ação das chuvas no recurso hídrico está na redu-

ção do processo erosivo nas vertentes da bacia.

No entanto, para tal seriam necessárias ações e

aplicações de recursos na conservação do solo ou

na manutenção e recuperação da cobertura nati-

va. Dentro da realidade brasileira, esses tipos de

ações protetivas estão longe de ser uma priorida-

de entre os gestores dos recursos hídricos, sendo

o principal motivo a inexistência de mecanismos

eficazes que demonstrem a viabilidade econômi-

ca e social para esse tipo de investimento (ALA-

BAMA SOIL AND WATER CONSERVATION COM-

MITTEE, 2003).

Para problemas associados ao transporte de sedi-

mentos, há uma forma de controle com o empre-

go de cortinas de redução de turbidez, também

chamadas de barreiras flutuantes. Tal método

está presente na literatura de forma mais intensa

a partir da década de 90 e pode ser encontrado,

como exemplo, no Alabama Handbook for Erosion

Control, Sediment Control and Storm water Manage-

ment on Construction Sites and Urban Areas (2003).

A simplicidade do processo de aplicação e a baixa

necessidade de manutenção despertam o interes-

se para esta metodologia, como nas obras do tre-

cho Sul do Rodoanel, Região Metropolitana de São

Paulo (IPT, 2008), Figuras 1 e 2 e, em cercas- silte

(CAVALHIERI, 2008).

Figura 1: Aplicação de barreiras flutuantes na obra do trecho Sul do Rodoanel, notar diferença na tonalidade da águaFonte: IPT, 2008


37

artigos técnicos


Figura 2: Aplicação de sequências de barreiras flutuantes na obra do trecho Sul do Rodoanel, notar diferença na

tonalidade da água Fonte: IPT, 2008

Como pode ser visto nas Figuras 1 e 2, as cor-

tinas de turbidez apresentam visualmente uma

redução na turbidez, aumentando a qualidade

da água no manancial que segue para as esta-

ções de tratamento de água. O método de bar-

reiras flutuantes mostra-se eficiente em sua

aplicação, porém não há estudos que quantifi-

quem a redução de turbidez ou sólidos suspen-

sos a partir desse método.

As ETA convencionais possuem na etapa inicial

do processo a aplicação de coagulante. A quan-

tidade de coagulante aplicado, em geral sulfato

de alumínio, é determinada pelas característi-

cas do material suspenso e principalmente pela

concentração do mesmo (KAWAMURA, 2000).

Os sólidos suspensos depois de agregados pelo

coagulante são retirados do sistema por etapas

de decantação e filtração na forma de lodo. O

tratamento de lodo eleva muito os custos envol-

vidos nos processos de destinação final, fazendo

com que a maioria dos sistemas de tratamento

de água acabe dispondo o lodo no ambiente de

forma incorreta. Frequentemente é observado o

descarte no corpo hídrico mais próximo, provo-

cando impactos ambientais negativos.

De acordo com a NBR 10.004 (2004), o lodo ge-

rado na ETA é classificado como resíduo sólido,

podendo ainda ser classificado como resíduo

sólido industrial quando atinge o limite máxi-

mo de concentração de 0,2mg/L de alumínio

no extrato, não sendo permitido o lançamento

do lodo in natura nos corpos hídricos. O desres-

peito à legislação faz com que mananciais su-

perficiais tenham sua qualidade comprometida

devido ao lançamento desses resíduos. Saneas

(2009) mostra que em grandes centros urba-

nos essa prática tem aumentado a quantida-

des de sólidos e consequentemente a turbidez

em corpos d’água, bem como a sua toxicidade.

Essa prática danosa pode comprometer de for-

ma grave os ecossistemas aquáticos. Entre as

modificações encontradas destacam-se: o as-

soreamento dos corpos hídricos; a alteração da

qualidade da água; aumento da concentração

de metais e de sólidos; e o risco de dispersão de


38

artigos técnicos


organismos patogênicos, de acordo com Silva

(2008) e Burgos et al. (2014).

Diversos autores estudam alternativas para

destinar, corretamente, os lodos produzidos em

ETAs: incorporá-lo ao afluente de ETE (SCALIZE

et al., 2014); incrementá-lo em barreiras imper-

meabilizantes de aterro sanitário (GONÇALVES

et al., 2017); além de estudos que otimizem o

processo de secagem do lodo (KURODA et al.,

2014). Antes de pensar na remediação ou do

destino final, a Política Nacional de Resíduos

Sólidos (Lei Federal 12.305/2010) prioriza a me-

dida de não geração de resíduos sólidos. Com

isso, o presente trabalho tem como finalidade

avaliar o desempenho de diferentes barreiras

na redução de turbidez, refletindo no aumento

da qualidade da água, diminuindo a quantidade

de lodo gerada e reduzindo gastos com insumos

químicos nas ETA.

2 OBJETIVOSAvaliar, em escala laboratorial, barreiras flutuan-

tes para a contenção de sólidos suspensos e dimi-

nuição de turbidez em reservatórios de ETAs.

3 MATERIAIS E MÉTODOS 3.1 Material

3.1.1 Canal

O experimento foi realizado em um canal de acrí-

lico com dimensões de 1,36 x 0,28 x 0,20 metros

-- comprimento útil x largura útil x altura do verte-

douro -- respectivamente, totalizando um volume

útil próximo a 80 litros. O canal tem uma declivi-

dade igual a 0,0015m/m.

3.1.2 Afluente

Como fonte de sólidos em suspensão, foram utili-

zadas amostras de solos, moídos e peneirados até

atingirem granulometrias de silte e argila, passante

em peneiras de 200 mesh, menores que 75 µm. A

concentração de sedimentos foi dosada em 1 g/L

de água, atingindo turbidez média de 460 NTU.

3.1.3 Barreiras flutuantes

Para cada experimento foram utilizadas duas bar-

reiras de geotêxtil com distância de aproxima-

damente 0,48 cm, alocadas dentro do canal com

o auxílio de uma moldura de acrílico de forma a

preencher toda a secção molhada.

Foram utilizados 7 diferentes geotêxteis para as

mesmas condições de ensaios, apresentadas na

Tabela 1. Para cada experimento realizado foi

utilizada a mesma gramatura de manta geotêxtil

para ambas as barreiras flutuantes.

Tabela 1. Gramatura (g/m2) das mantas geotêxteis experimentais utilizadas.

Geotêxtil tecido (T) 440

Geotêxtil não tecido (NT)

130

180

200

400

500

600

3.2 Métodos analíticos

3.2.1 Turbidez

A medição da turbidez foi realizada em 9 pontos re-

presentativos: na saída do reservatório inicial e no

canal, divididos em duas alturas, a 6 e 15 centíme-

tros de profundidade (Figuras 3), sendo realizadas

17 amostragens, com intervalos de 20 minutos cada.


39

artigos técnicos


Figura 3. Desenho esquemático do experimento realizado. Fonte: Autores.

As medidas de turbidez foram obtidas com a utili-

zação de um turbidímetro de bancada Del Lab, mo-

delo DLT-WV, previamente calibrado com soluções

de <10 NTU, 10 NTU, 100NTU e 800 NTU, condi-

zentes com a escala utilizada para o experimento.

A turbidez de cada seção foi considerada como sen-

do a média das duas amostras coletadas para um

determinado tempo, de acordo com a Equação 1.

!"#çã&( =!"#çã&(,+,- + !"#çã&(,/0,-

2 (1)

Em que: !"#çã&( é a turbidez na seção i analisa-

da - 1, 2, 3 ou 4 – (NTU); !"#çã&(,*+, é a turbi-

dez da amostra a 6 cm de profundidade na seção

i analisada (NTU); !"#çã&(,*+,- é a turbidez da

amostra a 15cm de profundidade na seção i ana-

lisada (NTU).

Também foram avaliadas as capacidades de redu-

ção de turbidez de cada barreira para cada instan-

te de tempo medido, Equações 2 e 3, e a redução

do sistema para cada instante de tempo medido

(conjunto das barreiras), de acordo com as Equa-

ções 4 e 5.

!"#$$%&$#& = )*%çã-#./%$&-$ − )*%çã-#1ó* (2)

Em que: !"#$$%&$#& = )*%çã-#./%$&-$ − )*%çã-#1ó*é a redução de turbidez

(NTU) realizada pela barreira i (1ª ou 2ª).

%"#$%%&'%$' = 1 − ,-&çã0$1ó-,-&çã0$34&%'0%

×100 (3)

Em que: %"#$%%&'%$' = 1 − ,-&çã0$1ó-,-&çã0$34&%'0%

×100 é a redução em porcenta-

gem realizada pela barreira i.

!"#"$%&' = )"%çã,. − )"%çã,0 (4)

%"#$#%&'( = 1 − ,#&çã/1,#&çã/2×100 (5)


40

artigos técnicos


3.2.2 Massa retida

Os geotêxteis utilizados foram pesados em balan-

ça analítica antes e após o experimento. Após o

término de cada experimento, todo o sistema foi

colocado em repouso por 1 dia, para a sedimenta-

ção, esvaziamento do canal, retirada, secagem e

pesagem das mantas experimentais. A diferença

de massa indica a quantidade de material retido

na barreira flutuante e/ou manta experimental (Eq

6). A massa sedimentada no canal esvaziado tam-

bém foram quantificadas.

%#$%%$&'()*$ = #,-./--0ó2324 −#,-./-6789:;<=:<#/4/->?@2@?AB@./4?4@C0@DAB@./4

(6)

3.2.3 Perda de carga

A altura da lâmina d’água e do material sedi-

mentado foi obtida por meio da leitura de réguas

graduadas fixadas ao lado externo do canal. As

leituras foram realizadas em intervalos próximos

de 20 minutos, totalizando 17 leituras. Com isso,

a perda de carga foi estipulada de acordo com a

Equação 7.

!"#$%$"'%#(% = *+,-./ −*1.234/ (7)

Em que: !"#$%$"'%#(% = *+,-./ −*1.234/ é a altura da lâmina d’água an-

tes da barreira (cm); !"#$%$"'%#(% = *+,-./ −*1.234/é a altura da lâmina

d’água depois da barreira (cm).

3.3 Procedimento

No início de cada experimento o canal foi preen-

chido com água limpa; as barreiras eram alocadas

e então abria-se a válvula para entrada do afluente.

O reservatório inicial era preenchido com 140 Li-

tros de água e 140g de sedimento e era agitado

manualmente. Durante cada experimento, essa

solução foi reposta seis vezes.

Cada conjunto de barreiras foi avaliado durante

um tempo próximo a 6 horas, totalizando 840L de

afluente utilizado. A vazão foi controlada por meio

de uma válvula gaveta manual e mantida próxima

a 2,4 litros por minuto.

As coletas de dados de turbidez, perda de carga e

altura do sedimento ocorreram em intervalos pró-

ximos a 20 minutos, totalizando 17 medidas para

cada conjunto de barreiras.

Após o término, o sistema ficava em repouso du-

rante 1 dia para ocorrer a sedimentação da massa

suspensa. O esvaziamento do canal era feito de

forma lenta a partir de uma válvula. As barreiras

eram retiradas do suporte de acrílico e secas em

estufa, e o material sedimentado era coletado e

pesado.

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1 Efeito da gramatura na turbidez

Com os dados de turbidez obtidos, foi possível

avaliar as barreiras em duas maneiras: avaliando

cada uma delas separadamente e avaliando o sis-

tema das duas barreiras em conjunto.

A Figura 4 apresenta os resultados de turbidez

para a seções 1, 2 e 4 – antes da primeira barreira,

após a primeira barreira e após a segunda barrei-

ra. Como é possível observar, o aumento da tur-

bidez ocorre com o passar do tempo, o afluente

inserido no canal concentra-se antes das barrei-

ras e com o passar do tempo maior quantidade de

sólidos suspensos passa pelas barreiras, indicado

pelo aumento da turbidez nas seções 2 e 4.

As flutuações nos valores de turbidez podem ter

ocorrido devido às correntes de dispersão dentro

do canal, que não ocorrem de forma uniforme e

homogênea, pela flutuação no controle manual

da vazão de entrada do afluente, desprendimento

de plumas de turbidez da barreira e suspensão do

material sedimentado.


41

artigos técnicos


Os dados das seções 1 e 4 da Figura 4 foram agru-

pados e apresentados na Tabela 2, mostrando os

valores de média, mediana, máxima e mínima re-

dução em % da turbidez.

Tabela 2. Redução da turbidez nas barreiras flutuantes em cada conjunto, seção 1 e seção 4.

Conjunto Média Mediana Máximo Mínimo

T - 440 10% 1% 87% -6%

NT - 130 48% 42% 97% 18%

NT - 180 39% 28% 97% 11%

NT - 200 32% 28% 87% 9%

NT - 400 64% 62% 95% 35%

NT - 500 71% 73% 95% 43%

NT - 600 66% 67% 94% 33%

O conjunto de barreias flutuantes, manta geotêx-

til tecida (T-440), apresenta valores muito inferio-

res aos das mantas geotêxtis não tecidas, mesmo

possuindo gramatura intermediária de 440g/m2.

Esse fato pode ser explicado devido à trama de

fios presentes na manta tecido, que possui poros

maiores que 240µm. Como o sedimento utiliza-

do é o passante da peneira de 75µm, o material

em suspensão apresentou pouca dificuldade para

atravessar a manta geotêxtil tecida. Outro fato

a respeito desse conjunto de barreiras é o valor

mínimo de redução ser negativo, devido à turbi-

dez na seção 4 ser maior que a turbidez na seção

1 em determinado ponto do experimento (Tabela

2 e Figura 4). Os resultados obtidos para grama-

turas próximas (NTs – 130, 180 e 200) apresenta-

ram flutuações que podem estar relacionadas às

variações na própria manta geotêxtil, que não são

completamente uniformes.


42

artigos técnicos


Figura 4: Turbidez obtida para as seções 1, 2 e 4 dos experimentos realizados e os ajustes R2 para os dados da seção 2 e 4.

Em que: a) Tecida; b) 130g/m2; c)180g/m2; d) 200g/m2; e) 400g/m2; f) 500g/m2; 600g/m2.

Percebe-se que a tendência da turbidez na seção

2 possui o comportamento logarítmico, enquan-

to a turbidez na seção 4 possui comportamento

logarítmico para as menores gramaturas (130,

180 e 200) e linear para as maiores gramaturas

(400, 500 e 600). É interessante observar que os

conjuntos NT-400, 500 e 600 possuem, mesmo

ao final do experimento, um potencial de redu-

ção de turbidez, pois os valores de turbidez mé-

dio após a segunda barreira estão na faixa de

280 a 350, enquanto na entrada os valores flu-

tuam de 450 a 550.

Observa-se que as primeiras barreiras saturam

de forma mais rápida que as segundas barreiras.

Pensando na aplicação desse método em corpos

hídricos (reservatórios), é interessante pensar na

utilização de várias barreiras subsequentes, me-

lhorando a eficiência total, garantindo o funcio-

namento e facilitando a manutenção e troca das

barreiras saturadas.

Avaliando a turbidez retida em cada barreira se-

paradamente, foi gerada a Tabela 3, que apresen-

ta os valores de redução em NTU e em porcenta-

gem para as 1ª e 2ª barreira de cada conjunto.


43

artigos técnicos


Tabela 3. Redução média da turbidez em cada barreira.

Redução de Turbidez Média (NTU e %)

Conjunto 1ª Barreira % 2ª Barreira % Conjunto %

T - 440 63 12% 11 2% 50 10%

NT - 130 180 36% 57 21% 241 48%

NT - 180 91 19% 109 30% 186 39%

NT - 200 92 17% 77 20% 173 32%

NT - 400 182 36% 147 50% 324 64%

NT - 500 255 48% 118 46% 376 71%

NT - 600 215 41% 152 49% 350 66%

Na Tabela 3, os valores de turbidez antes da primeira

barreira são maiores, devido à entrada do afluente

no canal. Consequentemente, os valores de redu-

ção de turbidez em NTU foram maiores para as pri-

meiras barreiras do que para a segunda barreira. Ao

avaliar a porcentagem de redução média realizada

pelas barreiras, porém, percebe-se que as segun-

das barreiras mostraram-se tão eficientes quanto

as primeiras barreiras ou melhores. Contudo, feita

a análise da Figura 4, e das Tabelas 2 e 3, pode-se

concluir que ambas as barreiras conseguem reduzir

a turbidez em um primeiro momento, porém com o

passar do tempo a eficiência tende a cair ao ponto

de reduzir muito pouco a turbidez (observado nas

barreiras NT – 180 e 200). Para determinar o pon-

to ideal de troca do material das barreiras deve ser

estudado o comportamento para maiores escalas

temporais e físicas.

4.2 Efeito da gramatura na retenção de massa

Paralelamente às medições de turbidez e na de-

terminação de filtração para cada manta geotêx-

til, foi analisada a massa retida em cada barreira

flutuante. Os resultados apresentados na Tabela

4 resumem as condições presentes durante todo

o experimento em uma única medida; diferente-

mente da medição de turbidez, que pode sofrer

variações em pequenos intervalos de tempo, de-

vido à movimentação de plumas. Para cada con-

junto, a massa total utilizada foi de 860 g aplica-

das ao longo do experimento. De toda a massa

inserida no canal pelo afluente, a maior parte se-

dimenta ao fundo do canal, apresentando valores

de sedimentação de 65 a 77%.

A massa retida em cada barreira flutuante é pro-

porcional ao aumento das gramaturas, com ex-

ceção da barreira geotêxtil tecida (T-440), pelos

motivos citados na discussão da redução de tur-

bidez. Nos ensaios com barreiras de gramatura

600 g/m2, a massa total retida nas barreiras foi

de 22% e do material sedimentado 70%, quando

comparado com todo o material colocado em so-

lução. Nesse caso, o sistema permitiu reduzir em

92% a massa colocada em suspensão.

Tabela 4. Massa retida nas barreiras flutuantes.

Massa Retida (gramas)

Conjunto 1ª Barreira % 2ª Barreira % Soma %

T - 440 8.7 1% 2,7 0,3% 11.4 1,3%

NT - 130 35.1 4% 22.7 3% 57.8 7%

NT - 180 43.0 5% 28.1 3% 71.1 8%

NT - 200 43.7 5% 26.3 3% 70.0 8%

NT - 400 104.2 12% 66.3 8% 170.3 20%

NT - 500 101.0 12% 50.5 6% 151.5 18%

NT - 600 124.7 15% 62.6 7% 187.3 22%


44

artigos técnicos


A partir da Tabela 4, as primeiras barreiras flutuan-

tes, por receberem um maior aporte de sedimentos,

possuem um valor maior de massa retida quando

comparadas com as segundas barreiras flutuantes.

Tal característica pode ser explorada em escala real

(reservatórios de abastecimento), realizando com-

binações de gramaturas e utilizando sequências

de duas ou mais barreiras. Ao estabelecer uma se-

quência sucessiva de gramaturas, as primeiras bar-

reiras proporcionariam a sedimentação, porém não

conseguiriam reter grande quantidades de mate-

riais, enquanto as últimas barreiras com gramatu-

ras maiores apresentariam maior dificuldade para

a passagem do material suspenso, retendo-o nas

barreiras além de proporcionar a sedimentação.

4.3 Efeito da gramatura na perda de carga

As barreiras flutuantes que apresentam maior

redução de turbidez e maior retenção de massa

refletem em uma maior dificuldade para a passa-

gem da água pela manta geotêxtil, fator avaliado

com a análise da perda de carga da Tabela 5. Além

disso, a Tabela 6 apresenta os valores obtidos para

a altura do material sedimentado antes de cada

barreira flutuante.

Tabela 5. Perda de carga final medida para cada barreira flutuante.

ConjuntoPerda de Carga final (cm)

1ª Barreira 2ª Barreira

T - 440 0,30 0,0

NT - 130 0,25 0,1

NT - 180 0,6 0,4

NT - 200 0,6 0,3

NT - 400 2,4 1,0

NT - 500 2.9 1,4

NT - 600 2,5 1,3

Tabela 6. Altura do sedimento ao final do experimento antes de cada barreira flutuante.

ConjuntoAltura do Sedimento Final (cm)

1ª Barreira 2ª Barreira

T - 440 0,40 0,20

NT - 130 0,50 0,15

NT - 180 0,30 0,20

NT - 200 0,45 0,30

NT - 400 0,70 0,20

NT - 500 0,75 0,20

NT - 600 0,75 0,20

As barreiras flutuantes diminuem a velocidade

do escoamento e bloqueiam material suspenso;

consequentemente, esse material sedimenta

e se deposita durante o experimento. Nas bar-

reiras flutuantes, as mantas com maiores gra-

maturas apresentam uma altura de sedimentos

maior ao final do experimento. Isso também

pode estar influenciando a perda de carga, pois

antes da barreira há uma altura maior de sedi-

mento do que após a barreira (Tabelas 5 e 6).

4.4 Jar-Test

Para quantificar o gasto de coagulante em dois

momentos distintos do experimento, usou-se

uma amostra da solução preparada (água bruta) e

uma amostra de água coletada após a passagem

pelas barreiras flutuantes, para realizar o Jar-test.

Por se tratar de uma avaliação quantitativa e não

qualitativa, foi tomado como melhor valor para

cada umas da amostras de água o primeiro resul-

tado abaixo de 5 NTU obtido após procedimento

do Jar-test, cujos resultados estão apresentados

na Tabela 7.


45

artigos técnicos


Tabela 7. Resultado Jar-Test realizado para a água bruta e água após a passagem pelas

barreiras flutuantes.

Antes - 460 NTU Depois - 29 NTU

Dosagem (mg/L)

Turbidez final (NTU)

Dosagem (mg/L)

Turbidez final (NTU)

10 33,2 5 10,4

15 21,7 10 5,29

20 10,5 15 4,3

25 4,95 20 3,46

30 3,5 25 4,22

35 5,63 30 3,22

O consumo de coagulante para atingir uma tur-

bidez abaixo de 5 NTU para a água bruta e após

a passagem pelas mantas diferem em 10 mg/L.

Isso representa uma importante economia poten-

cial na operação de uma estação de tratamento.

A geração de lodos também apresenta uma re-

dução de aproximadamente 78%. As Figuras 5a e

5b mostram a diferença visível na geração de lodo

para as amostras sem e após a passagem pelas

barreiras flutuantes.

Figura 5. Experimento Jar-test realizado com (a) água bruta, (b) água após a passagem pelas barreiras.

Os valores obtidos para a geração de lodo foram de:

0,19 g/L quando aplicado 25mg/L de coagulante

para a amostra de água bruta; e de 0,04 g/L de lodo

quando aplicado 15mg/L de coagulante para a amos-

tra de água passada pelas barreiras flutuantes. Isso

representa aproximadamente 4,5 vezes mais geração

de lodo com a água bruta, quando comparado com a

água passada pela sequência de barreiras flutuantes,

indicando uma redução de turbidez de forma satisfa-

tória. Com isso, quanto maior a redução de turbidez

alcançada, menor o gasto com produtos químicos e

com tratamentos de lodos. Contudo, sabe-se que o

aumento da perda de carga gerada pela colmatação

dos geotêxtis diminui a vazão, podendo então gerar

repercussões indesejáveis em longo prazo.

5 CONSIDERAÇÕES FINAISO experimento possibilitou o estudo da retenção

de sólidos suspensos com a utilização de duas bar-

reiras flutuantes formadas por mantas geotêxteis,

em série e em um canal hidráulico. Com o estudo

realizado, foi possível avaliar e comparar a redução

de turbidez, a massa retida nas barreiras e a perda

de carga para ensaios com sete diferentes grama-

turas de geotêxteis. Assim, para as condições ava-

liadas neste trabalho, pode ser destacado:

1) Os experimentos realizados com as barreiras flu-

tuantes de geotêxtil proporcionaram uma redução de

turbidez diferenciada para cada gramatura avaliada,

utilizando os testes de 6 horas, gerando uma oportu-

nidade para comparação entre cada tipo de barreira;

2) Quanto maior a gramatura dos geotêxteis ava-

liados, maior a redução de turbidez. As maiores

gramaturas apresentaram redução média de tur-

bidez atingindo valores de 71%, enquanto para as

menores gramaturas a média foi de 32%;


46

artigos técnicos


3) De maneira análoga à turbidez, as maiores gra-

maturas conseguiram reter maiores massas de se-

dimentos, atingindo valores de 22% da massa total;

4) Comparando o Jar-Test para a amostra bruta e a

que passou pelas barreiras, a redução de coagulan-

te foi de 40% e a geração de lodo foi 78% menor.

A gramatura é uma variável importante a ser deter-

minada na utilização dessa tecnologia em reserva-

tórios de água. No entanto, deve ser levado em conta

que maiores reduções de turbidez estão relaciona-

das a maiores perdas de carga. Portanto, a utilização

de sequências de barreiras flutuantes com variadas

gramaturas, começando com as menores e seguidas

de gramaturas mais elevadas, pode ser interessan-

te. Isso poderá auxiliar na sedimentação do material

suspenso ao encontrar as barreiras com menores

gramaturas; na sequência, as barreiras com maiores

gramaturas podem promover a retenção do material

restante, evitando o cegamento e a colmatação das

barreiras logo de início.

Os resultados também demostram a importância

dessa tecnologia para o controle de sedimentos em

corpos hídricos. No entanto, mais estudos devem

ser realizados para formular diretrizes associadas à

otimização do desempenho das barreiras flutuan-

tes visando contribuir com a difusão dessa tecnolo-

gia. Nesse sentido, o principal benefício ambiental

e econômico na utilização dessa tecnologia está no

aumento da qualidade do corpo hídrico antes da

captação de água bruta para as ETAs, na diminui-

ção do uso de produtos químicos (coagulantes) e

consequentemente na redução do lodo gerado, um

dos principais problemas na gestão ambiental des-

ses sistemas. Por fim, nesse estudo não foi avaliado

o tempo útil até o completo cegamento e colmata-

ção das mantas geotêxteis. Com isso, recomenda-

-se a realização desses estudos em escala de cam-

po para melhor interpretar as dinâmicas envolvidas

nos reservatórios de captação d’água.

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICASABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 10004/2004

Classificação de resíduos sólidos. Rio de Janeiro, ABNT, 2004.

ALABAMA SOIL AND WATER CONSERVATION COMMITTEE. Al-

abama Handbook for Erosion Control, Sediment Control and

Stormwater Management on Construction Sites and Urban Ar-

eas: Developing Plans and Designing Best Management Practices.

4. ed. Montgomery, Alabama, 2003. v. 2.

BRASIL. Lei Nº 12.305, de 2 de Agosto de 2010. Brasília, Disponível

em: <http://www.mma.gov.br/port/conama/legiabre.cfm?codle-

gi=636>. Acesso em: 16 jan. 2017.

BURGOS, T. N.; KURODA, E. K.; SILVEIRA, C. SCHUROFF, P. A.; LIMA, N.

R.; PELAYO, J. S. Resíduos de estações de tratamento de água: aval-

iação dos riscos potenciais ambientais e para saúde. Arquivos de

Ciência e Saúde, São José do Rio Preto, v. 21, n. 2, p.89-96, abr. 2014.

CABRAL, V. A. L.; VIANA, D. B.; BASTOS, R. K. X. Dimensionamento

de leitos de secagem de lodo de estações de tratamento de água

com emprego de modelos probabilísticos. Revista Dae, [s.l.], v. 64,

n. 203, p.26-47. Editora Cubo Multimidia. 2016.

CAVALHIERI, C. P. 2008. Avaliação de geotêxteis não-tecidos em

cercas-silte para remoção de turbidez. Faculdade de Engenharia

Civil, Arquitetura e Urbanismo da Universidade Estadual de Campinas.

GONÇALVES, F.; SOUZA, C. H. U.; TAHIRA, F. S.; FERNANDES, F.; TEIX-

EIRA, R. S. Incremento de lodo de ETA em barreiras impermeabili-

zantes de aterro sanitário. Revista Dae, [s.l.], v. 65, n. 205, p.5-14.

Editora Cubo Multimidia. 2017.

IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas. Apoio tecnológico ao

desenvolvimento de programas e medidas ambientais da fase de

instalação do Trecho Sul do Rodoanel (SP-021). São Paulo: IPT, 2008.

KAWAMURA, Susumu. Integrated design and operation of water

treatment facilities. 2nd ed. John Wiley & Sons. New York. 2000.

KURODA, E. K.; SILVEIRA, C.; MACEDO, J. G.; LIMA, M. S. P.; KAWAHI-

GASHI, F.; BATISTA, A. D.; SILVA, S. M. C. P.; FERNANDES, F. Drena-

gem - secagem de lodo de decantadores de ETAs em manta

geotêxtil. Revista Dae, [s.l.], v. 62, n. 194, p.24-35. Editora Cubo

Multimidia. 2014.

LEPSCH, I. F. 19 Lições de pedologia. São Paulo: Oficina de Textos, 2011.

SANEAS. 2009. Lodo: Um ponto de alerta no universo do Sanea-

mento. Revista Saneas, v. 32, pp. 2-12, 2009.

SCALIZE, P. S.; DI BERNARDO, L.; SOARES, L. A.; BAUMANN, L. R. F.

Disposição de resíduo de ETA em sistema de Tratamento aeróbio

de esgoto seguido de lagoa sedimentada. Revista Dae, [s.l.], v. 62, n.

197, p.72-86. Editora Cubo Multimidia. 2014.

SILVA, A. M. Avaliação da qualidade do rio São Lourenço, SP, sob

influência de estações de tratamento de água e estações de

tratamento de esgoto. 2008. 157 f. (Doutorado em Ciências na

Área de Tecnologia Nuclear - Materiais), Universidade de São Paulo,

São Paulo, 2008.


47

artigos técnicos


avaliação e desenvolvimento experimental para testes de...

Documents